本發明屬于石油與天然氣鉆井工程技術領域，涉及一種隨鉆信息傳輸系統，具體地說，涉及一種基于聲波的井下信息聲波信號發生系統。

背景技術：

由目前世界油氣資源開采時遭遇的地質條件及自然環境條件可知，未來的石油鉆井行業將遭遇地質條件更復雜、自然環境更惡劣的嚴峻挑戰，因此，對油氣鉆井的井下過程監測提出了更高的要求。

井下信息的高速傳輸和有效獲取是實現井下過程精確監測的關鍵，是實現快速、優質鉆井的關鍵技術。目前已提出并應用的井下信息傳輸方式主要有有線傳輸、鉆井液脈沖傳輸、電磁波傳輸及聲波傳輸四種。上述四種傳輸方式的前三種方式在現場應用中會存在以下問題：

(1)有線傳輸：雖然能夠實現井下信息的快速、大量傳輸，但在鉆井過程中鉆柱的旋轉易導致傳輸電纜磨斷或絞斷，影響正常鉆進。

(2)鉆井液脈沖傳輸：利用鉆井液的壓力波作為傳輸載體，對鉆井液有很強的依賴性，且存在傳輸速率較慢、易受井下噪聲干擾、不能實現信息雙向傳輸等缺點。

(3)電磁波傳輸：雖然擺脫了對鉆井液的依賴，且能夠實現井下信息的雙向傳輸，但存在對地層有依賴性、在地層中衰減較大、通用性差、成本高等缺點。

井下信息聲波傳輸方式在應用過程中相比上述三種方式具有以下優點：該傳輸方式是以鉆柱作為傳輸信道，以聲波作為信號載體，進行井下信息的無線傳輸方式。由于利用鉆柱作為傳輸信道，該信息傳輸方式不依賴于鉆井液的存在與否及性質差異，也不受地層內磁性物質的干擾，為井下信息的高速傳輸提供了條件。此外，還具有成本低、結構簡單、易于定向發射等優點。然而，鉆井信息在井底的電-聲信號實時轉換及聲波信號的準確發生是實現鉆井信息聲波傳輸的關鍵技術，如何將鉆井信息實時、準確發生為強度大的通帶頻率內的聲波信號是目前實現聲波傳輸成功與否必須解決的難題。

技術實現要素：

本發明針對現有技術存在的應用范圍受限、鉆井信息傳輸速率慢等上述問題，提供了一種能夠在鉆柱信道內高速、有效傳輸井下信息的井下信息聲波信號發生系統，該系統通過聲波的傳輸實現鉆井信息的準確、有效發生，進而實現井下信息在鉆柱信道內高速、有效傳輸。

為了達到上述目的，本發明提供了一種井下信息聲波信號發生系統，包括上接頭和與上接頭端部連接的儀器倉保護筒；所述儀器倉保護筒內安裝有依次連接的換能器保護筒、儀器倉和探測儀器備用連接管，所述換能器保護筒的端部與上接頭配合，所述儀器倉與探測儀器備用連接管連接的一端與所述儀器倉保護筒的端部連接；所述換能器保護筒內安裝有換能器；所述儀器倉內設有電路模塊，所述電路模塊為依次連接的換能器驅動電路、轉碼電路和編碼電路，鉆井信息測量儀器測量的鉆井信息傳輸至編碼電路中進行編碼，編碼后的鉆井信息傳輸至轉碼電路中進行轉碼，轉碼后的鉆井信息傳送至換能器驅動電路進行信號驅動，換能器驅動電路驅動換能器將轉碼后的鉆井信息轉換成聲波信號發出。

優選的，所述上接頭外部設有用于連接儀器倉保護筒的儀器倉保護筒連接扣，用于與換能器保護筒配合的換能器保護筒配合面，以及用于接觸換能器的換能器接觸面；所述上接頭內部設有用于連接鉆桿的鉆桿連接扣，用于鉆井液分流的鉆井液分流面，以及用于流通鉆井液的鉆井液分流流道。

進一步的，所述換能器保護筒配合面上設有密封槽。

優選的，所述儀器倉保護筒外部為一等直徑圓柱面，端部設有用于連接鉆桿的鉆桿連接扣；所述儀器倉保護筒內部設有用于連接上接頭的上接頭連接扣，用于放置儀器倉的儀器倉外筒，用于支撐儀器倉的儀器倉支撐面，以及用于保護探測儀器備用連接管并為鉆井液提供流道的探測儀器備用連接管外筒。

優選的，所述換能器保護筒外部為一等直徑圓柱面；所述換能器保護筒內部設有用于配合上接頭端部的上接頭配合面，用于為上接頭提供支撐的上接頭支撐面，用于為換能器提供扶正支撐的換能器扶正面，用于放置換能器的換能器外筒，以及用于連接儀器倉端部的儀器倉連接扣。

優選的，所述換能器扶正面的外徑小于上接頭配合面，所述換能器外筒直徑大于換能器扶正面。

進一步的，所述儀器倉內還設有為電路模塊供電的供電模塊，所述供電模塊為電池組。

優選的，所述儀器倉外部設有用于連接換能器保護筒的換能器保護筒連接扣，用于支撐儀器倉上部的儀器倉上部支撐面，用于保護儀器的儀器保護筒，以及用于支撐儀器倉下部的儀器倉下部支撐面；所述儀器倉內部設有用于支撐換能器的換能器支撐面，用于為連接儀器與換能器的導線提供通道的上部導線連接孔，用于為流通鉆井液的儀器倉內部流道，用于放置換能器驅動電路、轉碼電路的第一電路倉，用于放置編碼電路的第二電路倉，用于放置電池組的電池倉，用于為連接電池組與電路模塊的導線提供通道的倉間連接孔，用于為第一電路倉和第二電路倉之間的導線提供通道的電路倉連接槽，用于為進入儀器倉的導線提供通道的下部導線連接孔，以及用于連接探測儀器備用連接管的端部的探測儀器備用連接管連接扣。

優選的，所述儀器倉上部支撐面和所述儀器倉下部支撐面均開設有密封槽；所述儀器倉內部流道為圓周分布的六個圓形通孔，兩側流道直徑小于中間流道直徑；所述第一電路倉和所述第二電路倉均為矩形開口槽；所述電池倉為三個互不相通的矩形開口槽，分別為第一電池倉、第二電池倉、第三電池倉，電池倉深度大于所述第一電路倉和所述第二電路倉的深度；所述倉間連接孔為三個均勻分布圓形通孔，第一圓形通孔連接第一電路倉和第一電池倉，第二圓形通孔連接第一電路倉和第二電池倉，第三圓形通孔連接第二電路倉和第三電池倉。

優選的，所述探測儀器備用連接管外部為階梯狀圓柱面，設有用于與儀器倉端部連接的儀器倉連接扣；所述探測儀器備用連接管內部為一等直徑通孔，設有用于連接鉆井信息測量儀器的探測儀器連接扣。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

(1)本發明設有電路模塊，電路模塊包括依次連接換能器驅動電路、轉碼電路和編碼電路，通過鉆井信息測量儀器測量鉆井信息，鉆井信息測量儀器測量的鉆井信息傳輸至編碼電路中進行編碼，編碼后的鉆井信息傳輸至轉碼電路中進行轉碼，轉碼后的鉆井信息傳送至換能器驅動電路進行信號驅動，換能器驅動電路驅動換能器將轉碼后的鉆井信息由電信號轉換成強度大的通帶頻率內的聲波信號發出，在保持正常鉆井的同時，實現將收集的井底鉆井信息轉換為聲波信號發出的目的。

(2)本發明長度為5.5m，結構簡單且無活動部件，使用時不影響鉆具配合，不影響動力鉆具及隨鉆測量工具的工作，循環壓降低于鉆鋌壓降，降低了額外作業風險，實驗使用壽命達200h，有益于井下長時間工作及信息的長距離傳輸。

(3)本發明抗噪聲干擾能力強，能夠實現鉆井信息的實時、準確轉換，應用范圍廣，可用于不同鉆井方式，如平衡壓力鉆井、欠平衡壓力鉆井及空氣鉆井等。

附圖說明

圖1為本發明一個實施例的結構示意圖。

圖2為本發明一個實施例中上接頭的結構示意圖。

圖3為本發明圖2的A-A向剖面圖。

圖4為本發明一個實施例中儀器倉保護筒的結構示意圖。

圖5為本發明一實施例中換能器保護筒的結構示意圖。

圖6為本發明圖5的A-A向剖面圖。

圖7為本發明一實施例中儀器倉的結構示意圖。

圖8為本發明圖7的A-A向剖面圖。

圖9為本發明圖7的B-B向剖面圖。

圖10為本發明圖7的C-C向剖面圖。

圖11為本發明圖7的D-D向剖面圖。

圖12為本發明一實施例中探測儀器備用連接管的結構示意圖。

圖中，1、上接頭，101、儀器倉保護筒連接扣，102、換能器保護筒配合面，103、換能器接觸面，104、鉆桿連接扣，105、鉆井液分流面，106、鉆井液分流流道，107、密封槽，2、儀器倉保護筒，201、鉆桿連接扣，202、上接頭連接扣，203、儀器倉外筒，204、儀器倉支撐面，205、探測儀器備用連接管外筒，3、換能器保護筒，301、上接頭配合面，302、上接頭支撐面，303、換能器扶正面，304、換能器外筒，305、儀器倉連接扣，4、儀器倉，401、換能器保護筒連接扣，402、儀器倉上部支撐面，403、儀器保護筒，404、儀器倉下部支撐面，405、換能器支撐面，406、上部導線連接孔，407、儀器倉內部流道，4081、第一電路倉，4082、第二電路倉，4091、第一電池倉，4092、第二電池倉，4093、第三電池倉，410、倉間連接孔，411、電路倉連接槽，412、下部導線連接孔，413、探測儀器備用連接管連接扣，414、密封槽，5、探測儀器備用連接管，501、儀器倉連接扣，502、探測儀器連接扣，6、換能器，7、換能器驅動電路，8、轉碼電路，9、編碼電路，10、供電模塊。

具體實施方式

下面，通過示例性的實施方式對本發明進行具體描述。然而應當理解，在沒有進一步敘述的情況下，一個實施方式中的元件、結構和特征也可以有益地結合到其他實施方式中。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語“內”、“外”、“上”、“下”、等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發明的一個實施例中，參見圖1，提供了一種井下信息聲波信號發生系統，包括上接頭1和上端與上接頭1連接的儀器倉保護筒2；所述儀器倉保護筒2內安裝有換能器保護筒3、儀器倉4和探測儀器備用連接管5，所述換能器保護筒3上端與上接頭1下端配合，換能器保護筒3下端連接儀器倉4上端，所述儀器倉4下端分別與所述儀器倉保護筒2下端和探測儀器備用連接管5上端連接；所述換能器保護筒3內安裝有換能器6，所述儀器倉4內設有電路模塊，所述電路模塊為依次連接的換能器驅動電路7、轉碼電路8和編碼電路9，鉆井信息測量儀器測量的鉆井信息傳輸至編碼電路9中進行編碼，編碼后的鉆井信息傳輸至轉碼電路8中進行轉碼，轉碼后的鉆井信息傳送至換能器驅動電路7進行信號驅動，換能器驅動電路7驅動換能器6將轉碼后的鉆井信息由電信號轉換成聲波信號發出。

為了便于儀器倉保護筒、換能器保護筒以及換能器的安裝和使用、便于鉆井液的流通以及實現聲波信號傳入上接頭，參見圖2、圖3，在本發明一實施例中，所述上接頭1外部由上至下依次設有用于連接儀器倉保護筒2的儀器倉保護筒連接扣101，用于與換能器保護筒3配合的換能器保護筒配合面102，以及用于接觸換能器6的換能器接觸面103；所述上接頭1內部由上至下依次設有用于連接鉆桿的鉆桿連接扣104，用于鉆井液分流的鉆井液分流面105，以及用于流通鉆井液的鉆井液分流流道106。參見圖3，在本發明一優選實施例中，所述的鉆井液分流流道106為三個，鉆井液通過鉆桿內部進入上接頭，到達鉆井液分流面，經鉆井液分流面分流后進入分流三個鉆井液分流通道進行傳輸。

為了保證上接頭與換能器保護筒之間的安裝密封，參見圖2，在本發明一優選實施例中，所述換能器保護筒配合面102上設有密封槽107。

為了便于上接頭、儀器倉以及探測儀器備用連接管的安裝和使用，參見圖4，在本發明一實施例中，所述儀器倉保護筒2外部為一等直徑圓柱面，下端設有用于連接鉆桿的鉆桿連接扣201；所述儀器倉保護筒2內部由上至下依次設有用于連接上接頭1的上接頭連接扣202，用于放置儀器倉4的儀器倉外筒203，用于支撐儀器倉4的儀器倉支撐面204，以及用于保護探測儀器備用連接管5并為鉆井液提供流道的探測儀器備用連接管外筒205。

為了便于換能器和儀器倉的安裝和使用，參見圖5、圖6，在本發明一實施例中，所述換能器保護筒3外部為一等直徑圓柱面；所述換能器保護筒3內部由上至下依次設有用于配合上接頭1端部的上接頭配合面301，用于為上接頭1提供支撐的上接頭支撐面302，用于為換能器6提供扶正支撐的換能器扶正面303，用于放置換能器6的換能器外筒304，以及用于連接儀器倉4端部的儀器倉連接扣305。

為了能夠為上接頭提供上接頭支撐面，參見圖5，在本發明一優選實施例中，所述換能器扶正面303的外徑小于上接頭配合面301。為了保證換能器的安裝及使用，參見圖5，在本發明另一優選實施例中，所述換能器外筒304直徑大于換能器扶正面303。

為了保證電路模塊正常工作，參見圖1，在本發明又一實施中，所述儀器倉4內還設有為電路模塊供電的供電模塊10。在本發明一優選實施例中，所述供電模塊為電池組。

為了便于電路模塊、電池組及換能器的安裝及使用，參見圖7至圖11，在本發明某一實施例中，所述儀器倉4外部設有用于連接換能器保護筒3的換能器保護筒連接扣401，用于支撐儀器倉4上部的儀器倉上部支撐面402，用于保護儀器的儀器保護筒403，以及用于支撐儀器倉4下部的儀器倉下部支撐面404；所述儀器倉4內部設有用于支撐換能器6的換能器支撐面405，用于為連接儀器與換能器的導線提供通道的上部導線連接孔406，用于為流通鉆井液的儀器倉內部流道407，用于放置換能器驅動電路7、轉碼電路8的第一電路倉4081，用于放置編碼電路9的第二電路倉4082，用于放置電池組的電池倉，用于為連接電池組與電路模塊的導線提供通道的倉間連接孔410，用于為第一電路倉4081和第二電路倉4082之間的導線提供通道的電路倉連接槽411，用于為進入儀器倉的導線提供通道的下部導線連接孔412，以及用于連接探測儀器備用連接管5的端部的探測儀器備用連接管連接扣413。

參見圖7，在本發明某一優選實施中，所述儀器倉上部支撐面402和所述儀器倉下部支撐面404均開設有密封槽414，用于儀器倉和儀器倉保護筒之間的密封。所述儀器倉內部流道407為圓周分布的六個圓形通孔，兩側流道直徑小于中間流道直徑，用于為鉆井液提供通道。所述第一電路倉4081和所述第二電路倉4082均為矩形開口槽；所述電池倉為三個互不相通的矩形開口槽，分別為第一電池倉4091、第二電池倉4092、第三電池倉4093，電池倉深度大于所述第一電路倉4081和所述第二電路倉4082的深度。所述倉間連接孔410為三個均勻分布圓形通孔，第一圓形通孔連接第一電路倉4081和第一電池倉4091，第二圓形通孔連接第一電路倉4081和第二電池倉4092，第三圓形通孔連接第二電路倉4082和第三電池倉4093。

為了便于儀器倉和鉆井信息測量儀器的安裝于與使用，參見圖12，在本發明某一實施例中，所述探測儀器備用連接管5外部為階梯狀圓柱面，上端設有用于與儀器倉下端連接儀器倉連接扣501；所述探測儀器備用連接管5內部為一等直徑通孔，下端設有用于連接下部鉆井信息測量儀器的探測儀器連接扣502。

上述實施例所述的井下信息聲波信號發生系統的安裝過程如下：

(1)換能器驅動電路、轉碼電路、編碼電路、電池組密封固定于儀器倉中，且通過上部導線連接孔、倉間連接孔、電路倉連接槽、下部導線連接孔利用導線連接；

(2)儀器倉上端安裝換能器，且儀器倉的換能器保護筒連接扣通過螺紋連接換能器保護筒，儀器倉下端的探測儀器備用連接管連接扣通過螺紋連接探測儀器備用連接管，換能器保護筒上端與上接頭下端緊密配合，且上接頭的儀器倉保護筒連接扣通過螺紋連接儀器倉保護筒，儀器倉保護筒的鉆桿連接扣通過螺紋連接鉆桿。

在鉆井過程中，使用上述實施例所述的井下信息聲波信號發生系統將鉆井信息轉換為聲波信息時，其鉆井信息傳遞過程為：探測儀器備用連接管下端的鉆井信息測量儀器將收集到的鉆井信息傳送至編碼電路，經編碼電路編譯后傳送至轉碼電路，轉碼后的鉆井信息傳送至換能器驅動電路進行信號驅動，最終將信息通過導線傳送至換能器；換能器將接收到的電信號轉換成聲信號傳送至上接頭，再通過上接頭傳送至上部的中繼裝置或接收裝置，實現鉆井信息的聲信號發生。

上述實施例用來解釋本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和權利要求的保護范圍內，對本發明做出的任何修改和改變，都落入本發明的保護范圍。